TW201434528A - 包含ｐｔｆｅ膜之複合物 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示包含多孔PTFE膜之複合物，其包括具有約2奈米至約20奈米之孔隙等級的中間PTFE膜，該中間PTFE膜嵌插於具有較大孔隙等級之多孔氟聚合物膜之間且與該等多孔氟聚合物膜結合；且揭示製造及使用該等複合物之方法。
Description
本發明係關於包含PTFE膜之複合膜，以及製造及使用該等複合膜的方法。
膨脹PTFE(ePTFE)膜被用於多種液體及氣體過濾應用中。然而，單層小孔隙PTFE膜可能為相對不穩定的且/或可能不能有效地發揮作用。另外，褶疊單層小孔隙PTFE膜會對膜效率產生不利的影響。因此，需要包含可提供有效過濾之此等小孔隙PTFE膜的物品，較佳地，其中該等物品可褶疊。
根據下文所列之描述將顯而易知本發明之此等及其他優點。
本發明之一個具體實例提供一種複合物，其包括：具有約2奈米至約20奈米範圍內之孔隙等級的多孔PTFE膜，該多孔PTFE膜嵌插於第一與第二多孔氟聚合物膜之間且結合至該第一及第二多孔氟聚合物膜，且剝離強度在約0.2N/cm至約2.5N/cm範圍內，該第一及第二多孔氟聚合物膜各具有至少約50奈米之孔隙等級。較佳地，該複合物之各膜之間缺少黏著劑。在一個具體實例中，具有約2奈米至約20奈米之孔隙等級的多孔PTFE膜包括第一及第二多孔表面，其中該等表面各包括約1或大於1(在一些具體實例中為約2或大於2)之非熔融結節面積與熔融結節面積比率。
在另一個具體實例中，提供由三個多孔PTFE膜結合在一起
而組成之複合物，其中具有約2奈米至約20奈米範圍內之孔隙等級的多孔PTFE膜嵌插於第一與第二多孔PTFE膜之間且結合至該第一及第二多孔PTFE膜，且剝離強度在約0.2N/cm至約2.5N/cm範圍內，該第一及第二多孔PTFE膜各具有至少約50奈米之孔隙等級。較佳地，該複合物之各膜之間缺少黏著劑。在一個具體實例中，具有約2奈米至約20奈米之孔隙等級的多孔PTFE膜包括第一及第二多孔表面，其中該等表面各包括約1或大於1(在一些具體實例中為約2或大於2)之非熔融結節面積與熔融結節面積比率。
在另一個具體實例中，一種製造包括至少三個多孔氟聚合物膜(其中至少一個氟聚合物膜為多孔PTFE膜)之複合物的方法包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(2a)使至少一個包括氟聚合物之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔氟聚合物膜；(2c)使該多孔氟聚合物膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使氟聚合物膜結構穩定化；(3a)將(1c)之多孔PTFE膜置放於(2c)之兩個多孔氟聚合物膜之間以提供3層膜；(3b)使3層膜經受高壓力及高溫，其中高溫為至少約200℃且小於PTFE及氟聚合物之熔融溫度，其中溫度與暴露時間之組合使膜結構穩定化，以提供複合物。(3b)中之高溫較佳為至少約200℃且小於325℃。
根據本發明之一個具體實例的製造包括至少三個多孔PTFE膜之複合物的方法包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時
間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(2a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜，其中該PTFE膜之孔隙率小於(1b)中之PTFE膜之孔隙率；(2c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(3a)將(1c)之多孔PTFE膜置放於(2c)之兩個多孔PTFE膜之間以提供3層膜；(3b)使3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於325℃，以提供複合物。
製造包括至少三個多孔氟聚合物膜(其中中間氟聚合物膜為多孔PTFE膜)之複合物之方法的又一個具體實例包含：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(1d)使未穩定之PTFE膜經受高壓力持續指定的暴露時間；(1e)隨後使該未穩定之PTFE膜經受至少約200℃且小於325℃之高溫持續至少約10秒，其中膜在經受高溫時不與加熱元件接觸；(2a)使至少一個包括氟聚合物之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔氟聚合物膜；(2c)使該多孔氟聚合物膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使氟聚合物膜結構穩定化；(3a)將(1e)之多孔PTFE膜置放於(2c)之兩個多孔氟聚合物膜之間以提供3層膜；(3b)使3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於PTFE及氟聚合物之熔融溫度，以提供複合物。較佳地，(3b)中之高溫為至少約200℃且小於325℃；更佳地，(2a)中包括氟聚合物之片材為包括PTFE之片材，以使得該複合物包括三個多孔PTFE膜。
根據本發明之具體實例，亦提供包含該等複合物之過濾裝置及物品，及使用該等複合物的方法。
根據本發明之一個具體實例，提供包含至少一個PTFE膜之複合物，該複合物包括具有約2奈米至約20奈米範圍內之孔隙等級的多孔PTFE膜，該多孔PTFE膜嵌插於第一與第二多孔氟聚合物膜之間且結合至該第一及第二多孔氟聚合物膜，且剝離強度在約0.2N/cm至約2.5N/cm範圍內，該第一及第二多孔氟聚合物膜各具有至少約50奈米之孔隙等級。
典型地，第一及第二多孔氟聚合物膜為PTFE膜。
在另一個具體實例中，提供由三個PTFE膜結合在一起而組成之複合物，其中具有約2奈米至約20奈米範圍內之孔隙等級的多孔PTFE膜嵌插於第一與第二多孔PTFE膜之間且結合至該第一及第二多孔PTFE膜，且剝離強度在約0.2N/cm至約2.5N/cm範圍內，該第一及第二多孔PTFE膜各具有至少約50奈米之孔隙等級。
較佳地，複合物之各膜之間缺少黏著劑。在複合物之一些具體實例中，具有約2奈米至約20奈米之孔隙等級的多孔PTFE膜包括第一及第二多孔表面，其中該等表面各包括約1或大於1(在一些具體實例中為約2或大於2)之非熔融結節面積與熔融結節面積比率。
在複合物之一些具體實例中，第一及第二多孔PTFE膜具有約50奈米至約5微米範圍內之孔隙等級，例如約0.1微米至約1微米範圍內之孔隙等級。
在一些具體實例中，複合物呈波紋狀。
一種製造包括至少三個多孔氟聚合物膜(其中至少一個氟聚合物膜為根據本發明之一個具體實例的多孔PTFE膜)之複合物的方法包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；
視情況移除該片材上之滑潤劑；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(2a)使至少一個包括氟聚合物之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；視情況移除片材上之滑潤劑；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔氟聚合物膜；(2c)使該多孔氟聚合物膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使氟聚合物膜結構穩定化；(3a)將(1c)之多孔PTFE膜置放於(2c)之兩個多孔氟聚合物膜之間以提供3層膜；(3b)使3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於PTFE及氟聚合物之熔融溫度，其中溫度與暴露時間之組合使膜結構穩定化，以提供複合物。較佳地，(3b)中之高溫在至少約200℃至小於325℃之範圍內；更佳地，(2a)中包括氟聚合物之片材為包括PTFE之片材，以使得該複合物包括三個多孔PTFE膜。
視情況而定，(1c)可包括使多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化，隨後使未穩定之PTFE膜經受高壓力持續指定的暴露時間。
根據本發明之一個具體實例，一種製造包括至少三個多孔PTFE膜之複合物的方法包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；視情況移除該片材上之滑潤劑；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(2a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；視情況移除該片材上之滑潤劑；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜，其中該PTFE膜之孔隙率小於(1b)中之PTFE膜之孔隙率；(2c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(3a)將(1c)之多孔PTFE膜置放於(2c)
之兩個多孔PTFE膜之間以提供3層膜；(3b)使3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於325℃，以提供複合物。
製造包括至少三個多孔氟聚合物膜(其中中間氟聚合物膜為多孔PTFE膜)之複合物之方法的又一個具體實例包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；視情況移除該片材上之滑潤劑；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使PTFE膜結構穩定化；(1d)使未穩定之PTFE膜經受高壓力持續指定的暴露時間；(1e)隨後使未穩定之PTFE膜經受至少約200℃且小於325℃之高溫持續至少約10秒，其中該膜在經受高溫時不與加熱元件接觸；(2a)使至少一個包括氟聚合物之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；視情況移除該片材上之滑潤劑；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔氟聚合物膜；(2c)使該多孔氟聚合物膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使氟聚合物膜結構穩定化；(3a)將(1e)之多孔PTFE膜置放於(2c)之兩個多孔氟聚合物膜之間以提供3層膜；(3b)使3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於PTFE及氟聚合物之熔融溫度，以提供複合物。較佳地，(3b)中之高溫為至少約200℃且小於325℃，更佳地，(2a)中包括氟聚合物之片材為包括PTFE之片材，以使得該複合物包括三個多孔PTFE膜。
本發明之複合物有利地提供穩定的細孔PTFE膜作為中間膜，其中該複合物可呈波紋狀而不會嚴重影響中間膜之效能。另外，或替代地，該複合物尤其適於包含過濾含有氣泡之流體的應用，因為複合物中之膜不容易分離，且因此，可使膜之間的氣泡截留(會產生「起泡」)最小化，且同時，膜不會如此緊密結合(例如因熔化)以致對膜之孔隙結構產生不利影響。
複合物中之各層結合在一起且具有約0.2N/cm至約2.5N/cm範圍內之剝離強度，其中剝離強度係根據ASTM D1876-08「黏著劑之抗剝離性之標準測試方法(T型剝離測試)(Standard Test Method of Peel Resistance of Adhesives(T-Peel Test))測定。較佳地，剝離強度在約0.2N/cm至約2.4N/cm範圍內，且在一些具體實例中，剝離強度在約0.2N/cm至約2.0N/cm範圍內。
根據本發明之一個較佳具體實例，三個多孔膜係如下結合在一起：使該三個膜彼此之間接觸且在其彼此之間不存在各別黏合材料的情況下向膜之組合施加熱及壓力。不受任何特定理論束縛，咸信膜表面上發生很少或不發生熔化，使得對膜之孔隙結構的不利影響很小或無不利影響。
有利地，根據本發明具體實例之方法適合於連續性膜製造與分批製造。另外，根據本發明具體實例之方法可為「可調的」，從而有效製造不同孔隙等級或級別之膜。
儘管在一個較佳具體實例中，第一、第二及中間多孔膜包括多孔PTFE膜，但第一及第二多孔膜可包括任何氟聚合物膜，例如包括四氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚氟乙烯及聚偏二氟乙烯(PVDF)。
根據本發明之一個具體實例，包括氟聚合物之片材及/或包括PTFE之片材最初可如此項技術中所知製備。典型地，將粉末PTFE樹脂(對中間細孔PTFE膜使用較細粉末樹脂，對較大孔隙氟聚合物或PTFE膜使用較大粉末樹脂)與液體潤滑劑摻合，形成坯料且加壓而形成預成型坯，經由具有25：1至100：1範圍內之縮減比的扇形模擠出以形成扁平化片材。對各扁平化片材壓光至目標厚度，且較佳自扁平化片材移除滑潤劑，例如使用高壓蒸汽接觸表面來蒸發掉滑潤劑。除去滑潤劑之壓光片材較佳藉由通過一組經加熱(100℃至175℃)之可變速控制的輥而在加工方向上伸展，其中拉伸比典型地為最初長度的約1.1倍至約20倍。較佳地，經加工方向
定向之片材(或條帶)接著在橫向上被拉伸以達成所要拉伸比，典型地為約12至約30倍寬度之拉伸比。較佳地，使條帶在橫向拉伸期間或之後立即通過加熱區(典型溫度在約550℉至約875℉(約288℃至468℃)範圍內)(然而，與此項技術中已知的方法(其中加熱使膜結構穩定化)相比，根據本發明之具體實例，加熱進行的時間短暫，例如小於約60秒，較佳在約10秒至約40秒範圍內，以使得結構未穩定化)。
根據本發明之具體實例，所得多孔PTFE膜或多孔氟聚合物膜及/或多層膜隨後可經受高壓力持續指定的暴露時間，且隨後經受高溫持續至少約10秒之暴露時間(以使膜個別地或在多層結構內穩定化)，其中高溫為至少約200℃且小於325℃。在一些具體實例中，個別膜及/或多層結構在經受高溫時不與加熱元件接觸。
就上文所概述之使條帶在橫向拉伸期間或之後立即通過加熱區(典型溫度在約550℉至約875℉(約288℃至468℃)範圍內)而言，與此項技術中已知之製備相比，在根據本發明之一個較佳具體實例中，此係在不接觸加熱元件的情況下進行。
根據本發明之具體實例，在使條帶通過加熱區之後，在高壓力下(例如壓光，或藉由此項技術中已知之其他方法壓縮)壓縮個別多孔氟聚合物膜、個別多孔PTFE膜(較佳為雙軸膨脹多孔PTFE膜)或多孔膜之多個層，隨後暴露於高溫。該等膜之初始孔隙可藉由例如拉伸、膨脹、穿孔及/或此項技術中已知之其他方法形成。典型地，在至少約30磅/平方吋(psi)(約207kPa)，例如在約50psi(約345kPa)至約600psi(約4140kPa)或大於600psi範圍內之壓力下壓縮該(等)膜及/或多層結構；或更佳地，在約225psi(1552kPa)至約350psi(2415kPa)或大於350psi範圍內之壓力下壓縮該等膜。
該等膜及/或多層結構典型地以約5呎/分鐘(fpm)(約0.03
公尺/秒(mps))至約30fpm(約0.15mps)範圍內之速率通過壓光輥。然而，速率可更快或更慢。速率較佳為至少約10fpm(約0.05mps)。
在多孔膜或多層結構經壓縮之後，使其經受高溫持續指定的暴露時間以使膜穩定化，其中高溫在約200℃至小於未改質氟聚合物及PTFE之熔點之範圍內，較佳為其中高溫為約200℃至小於325℃，此溫度小於PTFE之熔點(未改質之純PTFE之熔點為約345℃)，且暴露時間典型地為至少10秒，例如在約20秒至約35分鐘範圍內，暴露時間較佳為至少約45秒，例如在約60秒至約20分鐘範圍內。典型地，高溫為至少約200℃(然而小於325℃)，例如在約220℃至約320℃範圍內，但溫度可更高(然而小於325℃)或更低。需要時，膜在經受高溫時，膜可單向膨脹(例如在橫向上自約5%拉伸至約50%)且/或雙軸膨脹。
典型地，膜及/或多層結構以約5fpm(約0.03mps)至約30fpm(約0.15mps)範圍內之速率通過熱空氣室。然而，速率可更快或更慢。速率較佳為至少約10fpm(約0.05mps)。
高溫下之暴露時間可與高壓力下之暴露時間不同。
根據製造本發明之一個具體實例之複合物(其中細孔PTFE膜為複合物中之中間膜)中所用的細孔PTFE膜之方法的一個較佳具體實例，使PTFE膜經受高溫(以使膜穩定化)但不使膜之主要表面(上及下表面)與諸如加熱輥之加熱元件直接接觸；更確切而言，使膜之至少一個主要表面暴露於例如對流熱或輻射熱，包含紅外線、微波或熱空氣，例如使膜暴露於熱空氣室(諸如輸送機式烘箱或其類似物)中之熱空氣，同時至少在相對邊緣上限制膜，以在通過至少約200℃且低於325℃溫度之烘箱時防止收縮。不受任何特定機制束縛，咸信使多孔膜經受低於PTFE熔點之高溫但不使膜之主要表面與加熱元件直接接觸類似於退火過程，從而減少孔隙熔融及/或閉合，同時使晶體結構穩定化。相比之下，且不受任何特定機
制束縛，咸信使多孔膜經受等於或高於PTFE熔點之高溫、同時使膜之任一或兩個主要表面與加熱元件直接接觸類似於燒結過程，結果導致孔隙熔融及/或閉合增多。
或者，或另外，使中間細孔多孔PTFE膜經受高溫(以使膜穩定化)可在PTFE膜嵌插於較大孔隙氟聚合物或PTFE膜之間的情況下進行，例如藉由較大孔隙膜將PTFE膜固定就位，且使多層結構經受約200℃至低於325℃範圍內之高溫，以使中間PTFE膜穩定化。
就使中間PTFE膜固定就位而言，使膜之各層自捲筒展開，使得更細孔隙、更有保持力之PTFE膜層在較大孔隙膜之各層之間成層。合起來成層之三個膜以特定力及速度饋入壓光機中，從而使各層微弱結合以便在進一步加工期間處理複合物。需要時，使複合物以特定速度及拉伸率及溫度穿過拉幅機(其可包括接觸加熱元件或不接觸加熱元件)，以使膜層熱穩定化。離開壓光機及/或拉幅機時，膜之各層機械結合在一起，且複合物以單層形式處理。
需要時，進一步加工複合物或複合物捲筒，例如以賦予複合物非去濕性及將複合物組裝成元件形式。
根據本發明之膜及複合物具有良好機械穩定性，舉例說明，與加熱至150℃維持30分鐘且加以冷卻而展現約40%至約50%之尺寸變化的未處理膜相比，根據本發明之一些具體實例的複合物中之膜展現約1%至約30%範圍內之尺寸變化。
在一些具體實例中，中間PTFE膜(例如藉由包含使膜之主要表面(亦即膜之上及下表面)經受高溫但不使表面與加熱元件接觸的方法製備)之第一及第二多孔表面各自具有約1或大於1(例如在約1至約5範圍內)，更典型為約1.5或大於1.5，較佳為約2或大於2(例如在約2至約5範圍內)之非熔融結節面積與熔融結節面積比率。
存在有測定非熔融結節面積與熔融結節面積之比率的多種方法。在本申請案之實施例3中，獲得膜表面之SEM影像，且使用AUTOCAD軟體(AutoDesk公司，San Rafael,CA)複製。圍繞扁平化且熔化在一起(熔融)之結點之周長繪製線條，且軟體計算所有熔融結點之總面積。類似地，圍繞非熔融結點之周長繪製線條(使用不同線條類型)，且軟體計算所有扁平化熔融結點之總面積。軟體計算非熔融結節面積與熔融結節面積之比率。
用於多孔氟聚合物及多孔PTFE膜之孔隙結構取決於欲自流體中移除之顆粒尺寸、欲處理之流體之組成，及所處理流體中之所要排出物含量。複合物中之多孔氟聚合物膜及多孔PTFE膜可具有任何適合之孔隙結構(多孔PTFE中間膜可具有奈米範圍內之任何適合之孔隙結構)，例如孔隙等級、孔隙尺寸(例如，如依據起泡點所證明，或依據如例如美國專利4,340,479中所述的KL(例如在約65psi至約100psi範圍內)所證明，或依據毛細管冷凝流式測孔術所證明)、平均流量孔隙(MFP)尺寸(例如，當使用氣孔計表徵時，例如Porvair氣孔計(Porvair plc,Norfolk,UK)或以商標POROLUX(Porometer.com；Belgium)獲得的氣孔計)、孔隙直徑(例如，當使用如例如美國專利4,925,572中所述之經修改OSU F2測試表徵時)、移除等級或金顆粒效率或挑戰測試等級(例如，如Mizuno,T.等人，「A Novel Filter Rating Method Using Less Than 30-nm Gold Nanoparticle and Protective Ligand,」IEEE Tansactions of Semiconductor Manufacturing,22(4),452,(2009)中所述)。
根據Mizuno,T.等人，IEEE Tansactions of Semiconductor Manufacturing,22(4),452,(2009)中之測定金顆粒過濾效率的典型方法可總結如下。材料：超純水(UPW)源；金膠體奈米顆粒，單分散性，NIST可追蹤源；較佳地，表面處理劑，諸如巰基丁二酸或2-胺基-2-羥基甲基-1,3-丙二醇；用於濾芯之過濾器外殼或平片盤；流量控制及量測、壓力控制及量
測；注射或針筒泵；pH值、電阻率、TOC、UPW之溫度量測；及用於量測Au濃度之感應耦合電漿質譜儀(ICP-MS)儀器。測試方案：安裝濾芯或平片樣品、同時最小化污染；過濾器用酒精預濕潤，隨後用UPW沖洗；過濾器用表面處理劑預處理30分鐘以允許所有表面被塗佈；起始UPW流動以濕潤過濾器；對外殼進行排氣以排除夾帶的空氣；監測UPW之TOC、電阻率、pH值及溫度；收集過濾器下游樣品作為UPW對照(同時最小化污染)及收集代表性樣品；注射Au膠體懸浮液(適當濃度，在含有適當表面處理劑之UPW中稀釋)；利用最低濃度產生ICP-MS之3個對數降低值(LRV)解(對於平片樣品而言，可補足整個體積以達成Au NP挑戰濃度且使用泵或N2壓力使挑戰懸浮液流經平片樣品)；收集上游及下游樣品之等分樣品，例如在10分鐘、30分鐘及60分鐘時；使用充當空白對照之UPW對照樣品、用於校準之市購可追蹤Au標準物且核查Au膠體濃度範圍之線性度(上游樣品可能需要稀釋)，經由ICP-MS量測Au濃度；根據ICP-MS Au量測結果計算Au膠體NP濃度(例如，Au膠體可為AuCl3)；及計算60分鐘樣品之LRV：LRV=log(上游/下游)。
較佳地，根據本發明具體實例之複合物中的小孔隙中間多孔PTFE膜之孔隙等級在約1奈米至約50奈米範圍內，典型地在約2奈米至約35奈米範圍內，較佳在約5奈米至約20奈米範圍內。典型地，本發明複合物中之大孔隙多孔氟聚合物(較佳為PTFE)膜的孔隙等級在約50奈米至約5微米範圍內，較佳在約0.1微米至約1微米範圍內。
多孔氟聚合物膜(較佳為多孔PTFE膜)可具有任何所要之臨界濕潤表面張力(CWST，如例如美國專利4,925,572中所定義)。可如此項技術中所知，例如如美國專利5,152,905、5,443,743、5,472,621及6,074,869中另外所揭示來選擇CWST。典型地，膜具有約19達因/公分(dynes/cm)(約19×10-5N/cm)至約25達因/公分(約25×10-5N/cm)範圍內之CWST。
膜及/或複合物之表面特徵可藉由濕式或乾式氧化，藉由在表面上塗佈或沈積聚合物，或藉由接枝反應而加以改質(例如以影響CWST；以包含表面電荷，例如正或負電荷，及/或以改變表面極性或親水性)。改質包括例如照射、極性或帶電單體、用帶電聚合物對表面進行塗佈及/或固化，及進行化學改質以在表面上連接官能基。接枝反應可藉由暴露於能源(諸如氣體電漿、蒸氣電漿、電暈放電、熱、範德格萊夫發電機(Van der Graff generator)、紫外光、電子束)或暴露於各種其他形式之輻射或藉由使用電漿處理進行沈積而活化。
在一些具體實例中，複合物由3個膜組成。然而，在其他具體實例中，複合物及/或包含複合物之過濾器及/或過濾元件可包含其他元件、層或組件，此等元件、層或組件可具有不同結構及/或功能，例如以下任一或多項中之至少一項：預過濾、支撐、排泄、間隔及緩衝。作為例證，過濾器亦可包括至少一個其他元件，諸如網篩及/或篩網。
根據本發明之具體實例，過濾器、過濾元件及/或複合物可具有多種組態，包括平面式、褶疊式及中空圓筒形。
過濾器、過濾元件及/或複合物自身典型地安置於外殼中，該外殼包括至少一個入口及至少一個出口且界定至少一個位於該入口與該出口之間的流體流徑，其中該複合物跨越流體流徑，以提供過濾裝置。較佳地，對於交叉流應用而言，過濾器、過濾元件及/或複合物係安置於外殼中，該外殼包括至少一個入口及至少兩個出口且至少界定位於入口與第一出口之間的第一流體流徑及位於入口與第二出口之間的第二流體流徑，其中該複合物跨越第一流體流徑，以提供過濾裝置。過濾裝置可為可滅菌的。可使用具有適合形狀且提供至少一個入口及至少一個出口之任何外殼。
外殼可由與所處理之流體相容的任何適合硬質不滲透材料(包括任何不滲透熱塑性材料)製成。舉例而言，外殼可由金屬(諸如不鏽
鋼)或由聚合物製成。在一個具體實例中，外殼為聚合物，在一些具體實例中，為透明或半透明聚合物，諸如丙烯酸系樹脂、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯樹酯。
以下實施例進一步說明本發明，但當然不應視為以任何方式限制本發明範疇。
此實施例展示根據本發明之一個具體實例之複合物的製備，其中將10nm孔隙等級PTFE膜嵌插於第一與第二450nm(0.45微米)孔隙等級PTFE膜之間。
將細粉末PTFE樹脂與烴類液體潤滑劑混合且隨後形成坯料。經由氣動壓機向坯料施加約70psi至90psi(約483kPa至約621kPa)且保持1分鐘以形成預成型坯。預成型坯經由液壓柱塞擠壓機，在650psi壓力下經扇形模組合件擠壓至50：1之縮減比，從而形成約54密耳(約1372微米)厚度之扁平化片材。
將扁平化片材壓光至10密耳(約254微米)之最終目標厚度。接著使用高壓蒸汽接觸表面蒸發掉滑潤劑而自扁平化片材移除滑潤劑。
除去滑潤劑之壓光片材藉由通過一組在150℃加熱的可變速(快速及緩慢)控制之輥而在加工方向上伸展。中間物(Media)被拉伸至最初長度之1.1倍。經加工方向定向之中間物隨後在橫向上如下被拉伸：在橫向上夾住經加工方向定向之中間物的邊緣且增加夾子之間的距離以達成17：1之拉伸比。條帶在橫向拉伸後立即通過850℉(約454℃)之加熱烘箱(輻射熱，與加熱元件無接觸)持續20秒。
將細粉末PTFE樹脂與烴類液體潤滑劑混合且隨後形成坯
料。經由氣動壓機向坯料施加約70psi至90psi(約483kPa至約621kPa)且保持1分鐘以形成預成型坯。預成型坯經由液壓柱塞擠壓機，在650psi壓力下經扇形模組合件擠壓至50：1之縮減比，從而形成約54密耳(約1372微米)厚度之扁平化片材。
將扁平化片材壓光至8密耳(約203微米)之最終目標厚度。接著使用高壓蒸汽接觸表面蒸發掉滑潤劑而自扁平化片材移除滑潤劑。
除去滑潤劑之壓光片材藉由通過一組在150℃下加熱之可變速(快速及緩慢)控制之輥而在加工方向上伸展。中間物被拉伸至最初長度之3.0倍。經加工方向定向之中間物隨後在橫向上如下被拉伸：在橫向上夾住經加工方向定向之中間物的邊緣且增加夾子之間的距離以達成21：1之拉伸比。條帶在橫向拉伸後立即通過650℉(約343℃)之加熱烘箱(輻射熱，與加熱元件無接觸)持續20秒。
膜之各層自捲筒展開，使得10nm孔隙膜(更細更有保持力的膜)之片層在450nm孔隙膜(較大孔隙膜)之片層之間成層。
合起來成層之三個膜以300psi(約2068kPa)及以10fpm(0.05mps)之速率饋入壓光機中，從而使各層微弱結合以便在進一步加工期間處理複合物。離開壓光機之3個層具有約5密耳(約127微米)之總厚度，且在不拉伸的情況下，以15fpm(約0.08mps)速率通過熱空氣室(烘箱；輻射熱，與加熱元件無接觸)，且暴露於300℃之溫度60秒。離開熱空氣室時，膜之各層機械結合在一起，且複合物以單層形式處理。
複合物特性如下：
如美國專利4,340,479中所述之在65psi至100psi範圍內之異丙醇(IPA)KL為54.0至61.0，且金顆粒效率等級(如Mizuno,T.等人，「A Novel Filter Rating Method Using Less Than 30-nm Gold Nanoparticle and
Protective Ligand,」IEEE Transactions of Semiconductor Manufacturing,22(4),452,(2009)中所述且早期所概述)為1.0-2.7個對數移除值，相當於10nm孔隙等級。ΔP為8.7吋汞至15.4吋汞，厚度在4.8密耳至6.2密耳(約122至約157微米)範圍內。
加熱至150℃維持30分鐘且冷卻之後，複合物收縮6.0%至17.0%。
此實施例展示根據本發明之一個具體實例之複合物的製備，其中將10nm PTFE膜嵌插於第一與第二0.45微米PTFE膜之間，且複合物之製備包含接觸加熱元件。
如同實施例1製備0.45微米及10nm PTFE膜。
膜之各層自捲筒展開，使得10nm孔隙膜(更細更有保持力的膜)之片層在450nm孔隙膜(較大孔隙膜)之片層之間成層。
合起來成層之三個膜以300psi(約2068kPa)及以10fpm(0.05mps)之速率饋入壓光機中，從而使各層微弱結合以便在進一步加工期間處理複合物。離開壓光機之3個層具有約5密耳(約127微米)之總厚度。外部膜層與鋁箔(7密耳(約178微米)厚度)接觸且在強制空氣烘箱中、在315℃置放20分鐘。允許複合物冷卻至室溫，且8小時之後，移除箔中間層。
複合物特性如下：
如美國專利4,340,479中所述之在65psi至100psi範圍內的異丙醇(IPA)KL為54.3至61.5，且金顆粒效率值為2.0-2.4個對數移除值，相當於10nm孔隙等級。ΔP為5.3吋汞至5.8吋汞，厚度在3.7密耳至4.6密耳(約94微米至約117微米)範圍內。
加熱至150℃維持30分鐘且冷卻之後，複合物收縮8.1%至
15.6%。
此實施例展示根據本發明之一個具體實例之複合物的製備，其中第一及第二多孔表面各包括約1或大於1之非熔融結節面積與熔融結節面積比率的10nm PTFE膜係嵌插於第一與第二0.45微米PTFE膜之間。
如同實施例1中製備0.45微米PTFE膜。
將細粉末PTFE樹脂與烴類液體潤滑劑混合且隨後形成坯料。經由氣動壓機向坯料施加約70psi至90psi(約483kPa至約621kPa)且保持1分鐘以形成預成型坯，經由液壓柱塞擠壓機，在650psi壓力下經扇形模組合件擠壓至50：1之縮減比，從而形成約54密耳(約1372微米)厚度之扁平化片材。
將扁平化片材壓光至8密耳(約203微米)之最終目標厚度。接著使用高壓蒸汽接觸表面蒸發掉滑潤劑而自扁平化片材移除滑潤劑。
除去滑潤劑之壓光片材藉由通過一組在150℃加熱的可變速(快速及緩慢)控制之輥而在加工方向上伸展。中間物被拉伸至最初長度之3.0倍。經加工方向定向之中間物隨後在橫向上如下被拉伸：在橫向上夾住經加工方向定向之中間物的邊緣且增加夾子之間的距離以達成21：1之拉伸比。條帶在橫向拉伸之後立即通過343℃加熱烘箱(輻射熱，與加熱元件無接觸)持續20秒。
隨後，將多孔PTFE膜在室溫下、在300psi之高壓力(約2068kPa)下壓光至0.5密耳(約13微米)之最終目標厚度。使中間物以10fpm(0.05mps)之速率通過壓光輥。
在壓縮多孔膜之後，使其在不拉伸的情況下通過熱空氣室
(烘箱；輻射熱，與加熱元件無接觸)且暴露於300℃之溫度60秒。使膜以10fpm(0.05mps)之速率通過熱空氣室。
膜之第一及第二多孔表面具有約2.2之非熔融結節面積與熔融結節面積比率。
膜之各層自捲筒展開，使得10nm孔隙膜(更細更有保持力的膜)之片層在450nm孔隙膜(較大孔隙膜)之片層之間成層。
合起來成層之三個膜以300psi(約2068kPa)及以10fpm(0.05mps)之速率饋入壓光機中，從而使各層微弱結合以便在進一步加工期間處理複合物。離開壓光機之3個層具有約5密耳(約127微米)之總厚度，且在不拉伸的情況下，以15fpm(約0.08mps)速率通過熱空氣室(烘箱；輻射熱，與加熱元件無接觸)，且暴露於300℃之溫度60秒。離開熱空氣室時，膜之各層機械結合在一起，且複合物以單層形式處理。
複合物特性如下：
如美國專利4,340,479中所述之在65psi至100psi範圍內的異丙醇(IPA)KL為42.0至44.2。ΔP為11.3吋汞至14.9吋汞，厚度在5.9密耳至6.2密耳(約150微米至約157微米)範圍內。
加熱至150℃維持30分鐘且冷卻之後，複合物收縮6.0%至8.0%。
此實施例展示根據本發明之一個具體實例之複合物的製備，其中10nm PTFE膜係嵌插於第一與第二0.45微米PTFE膜之間。
如同實施例1中製備0.45微米PTFE膜。
將細粉末PTFE樹脂與烴類液體潤滑劑混合且隨後形成坯
料。經由氣動壓機向坯料施加約70psi至90psi(約483kPa至約621kPa)且保持1分鐘以形成預成型坯，經由液壓柱塞擠壓機，在650psi壓力下經扇形模組合件擠壓至50：1之縮減比，從而形成約54密耳(約1372微米)厚度之扁平化片材。
將扁平化片材壓光至8密耳(約203微米)之最終目標厚度。接著使用高壓蒸汽接觸表面蒸發掉滑潤劑而自扁平化片材移除滑潤劑。
除去滑潤劑之壓光片材藉由通過一組在150℃加熱的可變速(快速及緩慢)控制之輥而在加工方向上伸展。中間物被拉伸至最初長度之3.0倍。經加工方向定向之中間物隨後在橫向上如下被拉伸：在橫向上夾住經加工方向定向之中間物的邊緣且增加夾子之間的距離以達成21：1之拉伸比。條帶在橫向拉伸之後立即通過343℃加熱烘箱(輻射熱，與加熱元件無接觸)持續20秒。
隨後，將多孔PTFE膜在室溫下、在300psi之高壓力(約
2068kPa)下壓光至0.5密耳(約13微米)之最終目標厚度。使中間物以10fpm(0.05mps)之速率通過壓光輥。
膜之各層自捲筒展開，使得10nm孔隙膜(更細更有保持力的膜)之片層在450nm孔隙膜(較大孔隙膜)之片層之間成層。
合起來成層之三個膜以300psi(約2068kPa)及以10fpm(0.05mps)之速率饋入壓光機中，從而使各層微弱結合以便在進一步加工期間處理複合物。離開壓光機之3個層具有約5密耳(約127微米)之總厚度，且在不拉伸的情況下，以15fpm(約0.08mps)速率通過熱空氣室(烘箱；輻射熱，與加熱元件無接觸)，且暴露於300℃之溫度60秒。離開熱空氣室時，膜之各層機械結合在一起，且複合物以單層形式處理。
複合物特性如下：
如美國專利4,340,479中所述之在65psi至100psi範圍內的異丙醇(IPA)KL為82.3至86.7。ΔP為22.5吋汞至27.5吋汞，厚度在4.6密耳至4.8密耳(約117微米至約122微米)範圍內。
加熱至150℃維持30分鐘且冷卻之後，複合物收縮6.0%至7.0%。
本文引用之所有參考文獻，包括公開案、專利申請案及專利，皆以引用的方式併入本文中，其引用程度就如同個別及特別說明將各參考文獻以引用的方式併入且在本文中對其全文進行闡述一般。
除非本文中另有說明或上下文明顯抵觸，否則在描述本發明之上下文(特別是以下申請專利範圍之上下文)中使用術語「一(a/an)」及「該(the)」及「至少一個(at least one)」及類似指示詞應解釋為涵蓋單數與複數。除非本文中另有說明或上下文明顯抵觸，否則在一或多項之列項之後使用術語「至少一者」(例如「A與B中之至少一者」)應解釋為意謂選自所列項中的一項(A或B)或所列項中之兩者或兩者以上之任何組合(A與B)。除非另有說明，否則術語「包括(comprising)」、「具有(having)」、「包含(including)」及「含有(containing)」應理解為開放式術語(亦即意謂「包括(但不限於)(including,but not limited to)」。除非本文中另有指示，否則本文中引述值之範圍僅意欲充當簡寫方法來個別提及屬於該範圍之每一各別值，且每一各別值併入本說明書中，就如同在本文中個別引述了該值一般。除非本文中另有說明或另外上下文明顯抵觸，否則本文所述之所有方法可以任何適合順序進行。除非另有聲明，否則使用本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如「諸如」)僅用於更好地說明本發明，且對本發明之範疇不構成限制。本說明書中所有語言均不應視為表明任何未主張要素為實施本發明所必需。
本文描述了本發明之較佳具體實例，包括本發明人已知用於
實施本發明的最佳方式。一般熟習此項技術者在閱讀前述描述後可顯而易知彼等較佳具體實例之變化形式。本發明人預期熟習此項技術者會視需要使用此等變化形式，且本發明人希望本發明可以除本文特定描述以外之方式實施。因此，本發明包括隨附申請專利範圍中所述標的之所有修改及等效形式，如適用法律所允許。此外，除非本文另外指出或上下文明顯抵觸，否則本發明涵蓋上述要素之所有可能變化形式之任何組合。
Claims (11)
- 一種包括中間多孔PTFE膜之複合物，該中間多孔PTFE膜包括第一多孔表面及第二多孔表面以及約2奈米至約20奈米範圍內之孔隙等級，嵌插於第一與第二多孔氟聚合物膜之間且結合至該第一及第二多孔氟聚合物膜，且剝離強度在約0.2N/cm至約2.5N/cm範圍內，該第一及第二多孔氟聚合物膜各具有至少約50奈米之孔隙等級。
- 如申請專利範圍第1項之複合物，其中該中間多孔PTFE膜之該第一及第二多孔表面各包括約1或大於1之非熔融結節面積與熔融結節面積比率。
- 如申請專利範圍第1項或第2項之複合物，其中該第一及第二多孔氟聚合物膜為PTFE膜。
- 一種複合物，該複合物由三個多孔PTFE膜結合在一起而組成，其中具有約2奈米至約20奈米範圍內之孔隙等級的多孔PTFE膜嵌插於第一與第二多孔PTFE膜之間且結合至該第一及第二多孔PTFE膜，且剝離強度在約0.2N/cm至約2.5N/cm範圍內，該第一及第二多孔PTFE膜各具有至少約50奈米之孔隙等級。
- 如申請專利範圍第4項之複合物，其中具有約2奈米至約20奈米範圍內之孔隙等級的該多孔PTFE膜具有各包括約1或大於1之非熔融結節面積與熔融結節面積比率的第一及第二多孔表面。
- 如申請專利範圍第3項之複合物，其中該第一及第二多孔PTFE膜具有約50奈米至約5微米範圍內之孔隙等級。
- 如申請專利範圍第3項之複合物，其中該第一及第二多孔PTFE膜具有約0.1微米至約1微米範圍內之孔隙等級。
- 如申請專利範圍第1項、第2項、第4項或第5項中任一項之複合物，其中該複合物呈波紋狀。
- 一種製造包括至少三個多孔氟聚合物膜之複合物的方法，其中至少一個氟聚合物膜為多孔PTFE膜，該方法包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使該PTFE膜結構穩定化；(2a)使至少一個包括氟聚合物之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔氟聚合物膜；(2c)使該多孔氟聚合物膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使該氟聚合物膜結構穩定化；(3a)將(1c)之該多孔PTFE膜置於(2c)之兩個多孔氟聚合物膜之間以提供3層膜；及(3b)使該等3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於PTFE及該氟聚合物之熔融溫度，其中溫度與暴露時間之組合使該等膜結構穩定化，以提供該複合物。
- 一種製造包括至少三個多孔PTFE膜之複合物的方法，包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使該PTFE膜結構穩定化；(2a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間； (2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜，其中該PTFE膜之孔隙率小於(1b)中之該PTFE膜之孔隙率；(2c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使該PTFE膜結構穩定化；(3a)將(1c)之該多孔PTFE膜置於(2c)之兩個多孔PTFE膜之間以提供3層膜；及(3b)使該等3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於325℃，以提供該複合物。
- 一種製造包括至少三個多孔氟聚合物膜之複合物的方法，其中該中間氟聚合物膜為多孔PTFE膜，該方法包括：(1a)使至少一個包括PTFE之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(1b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔PTFE膜；(1c)使該多孔PTFE膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使該PTFE膜結構穩定化；(1d)使該未穩定之PTFE膜經受高壓力持續指定的暴露時間；(1e)隨後使該未穩定之PTFE膜經受至少約200℃且小於325℃之高溫持續至少約10秒，其中該膜在經受該高溫時不與加熱元件接觸；(2a)使至少一個包括氟聚合物之片材經受高壓力持續指定的暴露時間；(2b)在該片材中形成初始孔隙度以提供多孔氟聚合物膜；(2c)使該多孔氟聚合物膜經受高溫持續指定的暴露時間，其中溫度與暴露時間之組合並未使該氟聚合物膜結構穩定化；(3a)將(1e)之該多孔PTFE膜置於(2c)之兩個多孔氟聚合物膜之間以提供3層膜；及 (3b)使該等3層膜經受高壓力及高溫，其中該高溫為至少約200℃且小於PTFE及該氟聚合物之熔融溫度，以提供該複合物。
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